该文主要研究工作如下:第一、对幕墙清洗机器人载体构型设计问题进行了深入讨论.研究了包括吸附原理、驱动方式、自由度确定和载体机构选择等机器人设计中的关键技术;提出了框架式移动机器人定义,并确定框架式结构为幕墙清洗作业机器人人适宜优势构型.第二、对幕墙清洗作业机器人的系统构建原则进行了研究.针对特殊的作业要求,提出以安全性、灵活性与适应性、智能性、实用性和扩展性原则为指导的机器人设计思路,并对原则的重要性及内容进行了介绍.第三、将幕墙清洗机器人规划系统分为路径规划、任务规划和操作管理三层结构;根据作业对象特点提出区域划分原则,建立了一般幕墙壁面的数学模型,并以此为基础结合幕墙清洗机器人作业特点提出主运动概念,并以作业安全性,作业效率和洁净比率作为机器人路径规划评价标准.第四、结合国家大剧院幕墙清洗的应用实例,首次提出了自主攀爬式框架机器人载体构型,并分析了机器人自由度和关节分布;详细讨论该结构形式机器人在曲面幕墙环境下攀爬和清洗运动功能的实现.第五、针对新型样机结构特点,建立了机器人攀爬和清洗运动不同构型情况下的动力学模型,为控制提供了理论基础;并进一步分析攀爬运动中安全性问题,利用仿真研究了攀爬运动中支撑的受力分布,得到前后支撑的控制切换曲线,从而使机器人系统的动静态性能完备.第六、对国家大剧院顶棚外表面进行了作业区域划分,以安全性、效率和洁净比率作为评价标准形成机器人清洗路径规划;详细定义了状态空间和规划算子集,利用三角形表方法建立机器人攀爬、清洗运动的任务规划结构;并利用广义树状结构的形成操作管理图表,从而建立完整的新型自攀爬机器人规划体系.第七、以机器人设计原则为指导,结合具体功能要求,构建了机器人控制体系结构,论述了分布式控制器在移动机器人上应用的优势和实现方法.以硬件结构为基础,针对控制任务的实现,软件部分对总体控制流程、控制节点设计、传感器信息处理等进行了介绍.第八、利用所研制的自攀爬机器人样机进行了运动功能实验,结果证明设计原理和理论分析正确.该文所进行的理论研究对其它领域的自主移动机器人系统设计和构建同样具有指导意义.